微生物学通报  2023, Vol. 50 Issue (2): 788−801

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汪茜, 覃晓娟, 陈廷速, 周生茂, 宋娟
WANG Qian, QIN Xiaojuan, CHEN Tingsu, ZHOU Shengmao, SONG Juan
丛枝菌根真菌与深色有隔内生真菌对姜瘟病的防效及抗病机理初探
Preventive effects of arbuscular mycorrhizal fungi and dark septate endophytes on ginger and the anti-disease mechanism
微生物学通报, 2023, 50(2): 788-801
Microbiology China, 2023, 50(2): 788-801
DOI: 10.13344/j.microbiol.china.220776

文章历史

收稿日期: 2022-08-17
接受日期: 2022-09-08
网络首发日期: 2022-10-19
丛枝菌根真菌与深色有隔内生真菌对姜瘟病的防效及抗病机理初探
汪茜1 , 覃晓娟2 , 陈廷速1 , 周生茂3 , 宋娟1     
1. 广西农业科学院微生物研究所, 广西  南宁    530007;
2. 广西农业科学院, 广西  南宁    530007;
3. 广西农业科学院蔬菜研究所, 广西  南宁    530007
摘要: 【背景】 青枯劳尔氏菌(Ralstonia solanacearum, R.S)引发的姜瘟病是生姜产业发展的瓶颈问题。丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhiza fungi, AMF)与深色有隔内生真菌(dark septate endophytes, DSE)是两类重要的共生微生物。【目的】 前期研究发现,AMF与DSE可提高生姜对姜瘟病的抗性,但其抗病机制尚不清楚,极大地限制了利用这两类共生真菌对该病的防治。【方法】 在温室条件下做盆栽试验,以生姜组培苗为材料,设立接种AMF、DSE和不接种AMF、DSE的对照(CK)处理,并在上述处理下的植物生长4周后淋入病原菌液,病原菌接种1周后,通过测定菌根侵染率、发病率、叶绿素含量、光合指标、磷(P)含量、防御性酶活性及丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量,研究AMF和DSE互作对病原菌侵染后生姜生长和生理生化指标的影响。【结果】 AMF和DSE分别使姜瘟病发病率降低了45.27%和52.04% (P < 0.05)。AMF+DSE组合处理抑病效果更好,发病率较对照降低60.87% (P < 0.05)。AMF、DSE及二者共同作用的防效分别为62.54%、59.02%和68.50%。植物防御性酶活性表明,AMF显著提高了生姜超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、过氧化物酶(peroxidase, POD)、过氧化氢酶(catalase, CAT)和多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)活性,分别提高10.87%、1.15%、13.26%和0.14%;DSE显著提高SOD、POD、CAT和PPO活性,分别提高9.85%、17.47%、3.64%和0.67%;AMF与DSE互作显著提高SOD、POD、CAT和PPO活性,分别提高15.76%、18.19%、18.11%和14.93% (P < 0.05);MDA含量在AMF、DSE和二者互作条件下分别显著降低了3.38%、9.31%和25.79% (P < 0.05)。【结论】 AMF和DSE对姜瘟病有较好的防效,不仅能提高生姜幼苗的抗病能力,还能促进其生长,且二者共存时效果最好。
关键词: 生姜    青枯劳尔氏菌    丛枝菌根真菌    深色有隔内生真菌    
Preventive effects of arbuscular mycorrhizal fungi and dark septate endophytes on ginger and the anti-disease mechanism
WANG Qian1 , QIN Xiaojuan2 , CHEN Tingsu1 , ZHOU Shengmao3 , SONG Juan1     
1. Microbiology Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, Guangxi, China;
2. Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, Guangxi, China;
3. Vegetable Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning 530007, Guangxi, China
Abstract: [Background] Ginger wilt caused by Ralstonia solanacearum (R.S) is a bottleneck in the development of the ginger industry. Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and dark septate endophytes (DSE) are two kinds of important symbiotic microorganisms. [Objective] To explore the mechanism of AMF and DSE against ginger wilt. The previous study found that AMF and DSE could improve the resistance of ginger wilt, however, the synergic functioning mechanism was unclear, which limited the application of the two kinds of fungi to control the disease. [Methods] The pot experiments were carried out at room temperature with ginger-cultured seedlings as the material. The control (CK) treatment inoculated with AMF and DSE and without AMF and DSE were set up. After 4 weeks of growth under the above treatment, the plants were eluted with pathogen solution. One week after pathogen inoculation, the effects of AMF and DSE on the ginger growth and physiological and biochemical indexes infected with the pathogen were studied by determining the mycorrhizal infection rate, incidence, chlorophyll content, photosynthetic index, phosphorus (P) content, defensive enzyme activity, and malondialdehyde (MDA) content. [Results] AMF and DSE reduced the incidence of ginger wilt in ginger by 45.27% and 52.04%, respectively (P < 0.05). AMF+DSE had a better effect on the prevention and control of this disease, and the incidence was reduced by 60.87% as compared with the control (P < 0.05). The preventive effects of AMF, DSE, and AMF+DSE were 62.54%, 59.02%, and 68.50%, respectively. The activity of plant defensive enzymes indicated that AMF significantly increased the activities of superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), catalase (CAT), and polyphenol oxidase (PPO) by 10.87%, 1.15%, 13.26%, and 0.14%, respectively. DSE significantly increased the activities of SOD, POD, CAT, and PPO by 9.85%, 17.47%, 3.64%, and 0.67%, respectively. AMF+DSE significantly increased the activities of SOD, POD, CAT, and PPO by 15.76%, 18.19%, 18.11%, and 14.93%, respectively (P < 0.05). AMF, DSE, and AMF+DSE significantly decreased the content of MDA by 3.38%, 9.31%, and 25.79%, respectively (P < 0.05). [Conclusion] AMF and DSE have preventive effects on ginger wilt, which improve the disease resistance of ginger seedlings and promotes their growth, and the combination of AMF and DSE manifests the optimal effect.
Keywords: ginger    Ralstonia solanacearum    arbuscular mycorrhizal fungi (AMF)    dark septate endophytes (DSE)    

生姜(Zingiber officinale Rosc.)是我国重要的经济作物,随着种植面积的不断扩大,姜瘟病的发生也日趋严重。姜瘟病也叫青枯病,是生姜生产中最为严重的病害之一,其病原菌为青枯劳尔氏菌(Ralstonia solanacearum),是一种很严重的土传病害,能广泛侵染200多种寄主植物[1],在全球大部分地区造成作物损失,尤其对我国生姜产业造成严重损失,常年减产达30%−40%,重症田高达90%以上甚至绝产,种姜全部腐烂[2-4]。截至目前尚无针对这种病害的有效防治方法,如田间管理、抗病育种和杀菌剂的应用等仍然存在缺陷[5-6]。实践证明,田间管理难以有效控制青枯病发生,抗病品种也很难做到,因为几乎85%的生姜种植区均受到病原菌的侵染,并且尚无对这些病原菌具有抗性的生姜品种,而化学杀菌剂的使用会对环境产生负面影响,且长期使用易使病原菌产生抗药性。使用安全的生物制品是大势所趋。因此,利用有益微生物替代有害化学物质的过度使用已引起人们极大的关注[7-8]。丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)能与大多数作物形成共生关系,是土壤微生物群落的重要组成部分,能够改善植物矿质营养[9]、拮抗病原物、诱导植物抗病性[10-11]、增强植物抗逆性和促进作物高产稳产[12-13]。深色有隔内生真菌(dark septate endophytes, DSE)是广泛定殖于植物根细胞内或细胞间隙的小型土壤真菌,其特征是存在深色的有隔菌丝和微菌核结构,由于它们与AMF共存并保护植物免受不同胁迫的影响而越来越受到关注。一方面,DSE能够促进寄主植物对矿质养分和有机养分的吸收[14-15],甚至可以为寄主植物分解不溶性的P元素[16];另一方面,也能提高植物的抗逆和抗病能力[17]

关于AMF或DSE的生态功能已有广泛的研究和报道[18],但对二者共同侵染作物后对作物的生长以及在病原菌胁迫下产生的一系列生理生化反应,目前还缺乏深入的研究。前期我们在开展生姜根系AMF侵染与姜瘟病关系研究中,观察到同一生姜根系内同时具有AMF和DSE结构,而且与青枯菌的发生发展可能存在一定关联。本研究旨在通过盆栽试验在根部对生姜接种青枯菌,探究生姜AMF和DSE与病原菌互作中AMF与DSE对生姜的生长以及对姜瘟病的抗病能力、根系侵染率、光合速率、防御酶活性的变化及丙二醛(malondialdehyde, MDA)浓度的影响,以期为进一步深入研究AMF与DSE的协同抗病机制,以及生姜复合微生物菌剂的研制和开发提供技术基础和理论依据。

1 材料与方法 1.1 材料

生姜组培苗由广西农业科学院微生物研究所土壤微生物实验室提供。

供试病原菌青枯劳尔氏菌(Ralstonia solanacearum) Gg14,由广西大学袁高庆副教授惠赠。

供试AMF菌株网状球囊霉(Glomus reticulatum) LC39-10,菌株保藏号CGMCC 10732,由广西农业科学院微生物研究所土壤微生物实验室分离保存。以三叶草为宿主扩大繁殖4个月,得到AMF侵染根段、菌丝、孢子及根外菌丝的沙土混合物作为菌剂,孢子密度约为65个孢子/g。

供试DSE菌株球毛壳菌(Chaetomium globosum) FGJ-1,由广西农业科学院微生物研究所土壤微生物实验室分离保存。菌株FGJ-1接种于马铃薯葡萄糖肉汤(potato glucose broth, PDB)培养液中,25 ℃、120 r/min发酵培养15 d,将培养好的菌丝体用筛子(230目,63 µm)滤除发酵液,并用无菌水冲洗3遍,将冲洗干净的菌丝体置于搅拌机中,加入500 mL无菌水破碎40 s制作菌丝悬浮液。

供试基质采用自然土,土壤取自广西农业科学院试验田。

1.2 试验设计

试验处理包括单接种、双接种和三接种组合,分别为AMF (单接种AMF菌剂)、DSE (单接种DSE菌剂)、AMF+DSE (同时接种AMF菌剂和DSE菌剂)、CK (接入灭菌的AMF菌剂和DSE菌剂)、AMF+R.S (先接AMF菌剂,4周后接青枯菌菌液)、DSE+R.S (先接DSE菌剂,4周后接青枯菌菌液)、AMF+DSE+R.S (先接AMF菌剂和DSE菌剂,4周后接入青枯菌菌液)、R.S (单接种青枯菌菌液),共8个处理组,每个处理6个重复,共48盆。

生长条件:置于温室条件(温度范围为20−26 ℃,相对湿度65%−90%,自然光照)中,每隔1 d浇一次水。为减少外界因素干扰,48盆生姜在温室随机摆放,隔天随机调换盆栽苗的位置。

接种方法[19]:在花盆内底部垫上和其底部大小一致的圆形塑料纸后,放入大约1/3的灭菌基质,然后每盆移栽3株生姜种苗;在生姜根系附近放入25 g/盆的AMF菌剂后(须保证生姜根系与AMF菌剂相接触),继续往花盆倒入灭菌基质至花盆的3/4,保证培养基质没过生姜根系;然后采用灌根的方法接种DSE菌剂50 mL/盆;植株在温室生长4周后,将上述各处理接种青枯菌。灌根法接种,每盆接种50 mL浓度为108 CFU/mL的菌液;不接种病原菌的处理以50 mL无菌水作为对照。将各处理姜苗套上塑料袋保湿24 h。一周后测定生姜发病率、叶绿素含量、光合速率,收获后测定根系侵染率、生物量及生理生化指标。

1.3 测定指标和方法

1.3.1 根系侵染率

将生姜根系反复用清水清洗干净后剪成长度为2 cm的根段,然后加入20% KOH溶液使根系完全浸泡,90 ℃水浴锅消解10 min,冷却后倒出KOH溶液,用蒸馏水轻轻冲洗3次。再用碱性H2O2脱色60 min后用蒸馏水冲洗3次。用5%的盐酸酸化5 min后倒出盐酸,用蒸馏水清洗3次。再用5%的墨水醋染液(Quink牌纯黑墨水)在水浴锅里66 ℃染色30 min后,用蒸馏水浸泡12 h。用蒸馏水冲洗后放在脱色液中脱色,压片在显微镜下镜检、拍照[4]。用根段观测法和网格十字交叉法进行观察和计数或脱色后根系转入方格培养皿中,解剖镜下网格交叉法计数。

1.3.2 接种AMF和DSE对生姜生长发育的影响

以常规方法分别测定株高、叶片数、地上部分鲜重、地上部分干重和姜块质量。

1.3.3 生姜青枯病发病率和防效测定

生姜青枯病的病情分级标准[20]表 1。计算发病率、病情指数和防效的公式为:

表 1 生姜青枯病病情分级标准 Table 1 Ginger bacterial wilt disease classification standard
病情分级标准
Grading standard
症状表现
Symptom manifestation
0级Grade 0 全株无病Whole plant disease-free
1级Grade 1 10%的叶片轻微变黄,肉质茎无明显症状
10% leaves slightly yellowish, fleshy stems without obvious symptoms
3级Grade 3 11%−30%叶片变黄,叶缘稍卷,肉质茎出现水渍状斑
11%−30% yellow leaves, slightly rolled leaf margin, fleshy stems appear watery spots
5级Grade 5 31%−50%叶片变黄,叶缘卷曲,植株矮化,肉质茎部分腐烂31%−50% leaves yellowed, leaf margin curly, plant dwarf, fleshy stem partially rotten
7级Grade 7 51%以上叶片枯黄,植株萎蔫,肉质茎大部分腐烂More than 51% leaves withered, plants withered, fleshy stems mostly rotted
9级Grade 9 植株枯死,肉质茎腐烂或仅留丝状维管束Plants dead, fleshy stems rot or only filamentous vascular bundles

发病率(%)=发病株数/调查总株数×100;

病情指数=[∑(各病级株数×对应各级代表值)/(调查总株数×青枯菌最高级代表值)]×100;

防效(%)=[(对照病情指数-处理病情指数)/对照病情指数]×100。

1.3.4 接种AMF和DSE对生姜青枯菌数量的影响

小心取出根系,收集附着在根系表面的土壤作为根际土,土壤青枯病病原菌数量采用利福平选择性培养基(M-SMSA)培养计数[21],每克根际土中青枯菌数量的计算公式为:

青枯菌数(CFU/g)=同一稀释度3次重复的平均菌落数×稀释倍数/样品体积。

1.3.5 相关指标测定

叶绿素含量、光合速率和蒸腾速率测定[22]:收获前,选择天气晴朗的上午9−11点,从每盆植株中随机选取一株,并选取该株植物中上部成熟叶片置于液氮罐中带回实验室。叶绿素含量测定采用丙酮乙醇混合液法;光合速率等测定用光合分析仪。收获后采用常规方法测定植株含P量[23]

防御酶活性测定:采样部位为从生姜植株顶端向下数第3片完全展开叶,叶片清洗干净后用于酶活性测定。采用氮蓝四唑法测定超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)活性,用紫外吸收法测定过氧化氢酶(catalase, CAT)活性,用愈创木酚法测定过氧化物酶(peroxidase, POD)和多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)活性[24]。采用硫代巴比妥酸比色法[25]测定丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量。

1.4 数据统计与分析

采用SPSS 19.0软件进行统计分析。统计学分析采用方差分析(analysis of variance, ANOVA)和Fisherʼs最小显著性差异(least significant difference, LSD)检验,以P < 0.05为差异有统计学意义。所有结果均以平均值±标准差(standard deviation, SD)表示。

2 结果与分析 2.1 姜瘟病发病率

接种病原菌5 d后,姜瘟病显示典型的症状,叶片凋萎,叶色淡黄,边缘卷曲,最后死亡,茎部染病,呈暗紫色,内部组织变褐腐烂(图 1),平均发病率和病情指数分别为47.26%和34.33%。AMF和DSE处理均不同程度地降低了姜瘟病发病率,与对照CK相比,接种AMF、DSE及二者共同作用使姜瘟病发病率分别降低45.27%、52.04%和68.50%,降低病情指数分别为62.54%、59.02%、60.87% (P < 0.05) (图 2)。AMF、DSE和二者共同作用对姜瘟病的防效分别为62.54%、59.02%和68.50%。

图 1 姜瘟病田间发病症状(A)及盆栽发病症状(B) Figure 1 Field disease symptoms (A) and symptoms of potted disease (B) of ginger wilt.

图 2 姜瘟病的发病率(A)和病情指数(B) Figure 2 Disease incidence (A) and disease index (B) of ginger wilt. 图中不同小写字母表示各处理差异显著(P < 0.05). 数值为平均值±标准差 Different lowercase letters above the columns indicate significant differences at P < 0.05. Values are means±SD.
2.2 生姜根内AMF和DSE的定殖状况

显微观察测定结果表明,AMF、DSE和AMF+DSE组合均能够侵染生姜根系,但是不同处理对生姜根系的侵染率表现出一定的差异。AMF+DSE处理的定殖率显著高于单独接种AMF或DSE处理,表明AMF与DSE能够相互促进侵染发育(表 2)。

表 2 不同处理对生姜根内AMF和DSE定殖的影响 Table 2 AMF and DSE colonization in ginger roots
处理
Treatment
AMF定殖率
AMF colonization (%)
DSE定殖率
DSE colonization (%)
CK 0 0
AMF (Glomus reticulatum) 40.50±6.85 0
DSE (Chaetomium globosum) 0 21.50±5.78
AMF+DSE (G. reticulatum+C. globosum) 55.10±5.27 24.60±3.33
2.3 接种AMF和DSE对生姜生长发育的影响

无论是单接种AMF、DSE还是都接种AMF和DSE后,生姜株高、叶片数、地上鲜重、地上干重和姜块质量均有一定增加,其中,株高分别较对照增加了13.72%、10.04%和24.21% (P < 0.05),姜块质量分别较对照增加了23.49%、19.11%和49.19% (P < 0.05) (表 3),而且AMF+DSE组合处理的植株各项指标均显著高于对照。

表 3 不同处理对生姜生长发育的影响 Table 3 Effects of different treatments on ginger growth
处理
Treatment
株高
Plant height
叶片数
Leaf number
地上鲜重
Aboveground fresh biomass
地上干重
Overground dry weight
姜块质量
Tuber weight for ginger
CK 28.67±2.57b 8.33±0.58b 30.60±3.82c 8.71±0.72bc 26.45±3.48c
AMF 33.23±5.17ab 10.67±2.08ab 38.86±5.26ab 10.24±1.08b 34.57±9.00b
DSE 31.87±2.90ab 10.25±1.32ab 36.46±9.96bc 9.63±3.06bc 32.70±6.67b
AMF+DSE 37.83±2.33a 11.33±1.53a 47.65±2.20a 14.80±2.62a 52.06±10.25a
同列数据中不同的小写字母表示差异显著(P < 0.05)
Different lowercase letters in the same column indicate significant differences at P < 0.05.
2.4 青枯菌对AMF和DSE定殖率的影响

图 3表 4可以看出,AMF处理的侵染率为35.5%,根系中有大量AMF的菌丝、泡囊和孢子结构;DSE处理的侵染率为15.8%,根系中也发现DSE典型的有隔菌丝及微菌核结构;AMF+DSE混合处理的侵染率为67.7%,根系中有AMF和DSE共同侵染的结构。AMF与DSE共同侵染的定殖率显著高于其他处理(图 3表 4)。

图 3 生姜根系侵染情况 Figure 3 The infection of AMF and DSE in ginger roots. A: R.S. B: AMF+R.S. C: DSE+R.S. D: AMF+DSE+R.S.

表 4 接种青枯菌对AMF和DSE定殖生姜根系的影响 Table 4 Effect of Ralstonia solanacearum inoculation on roots of ginger colonized by AMF and DSE
处理
Treatment
AMF定殖率
AMF colonization (%)
DSE定殖率
DSE colonization (%)
R.S 0 0
AMF+R.S 35.50±4.36 0
DSE+R.S 0 15.80±5.65
AMF+DSE+R.S 46.10±5.27 21.60±3.43
2.5 AMF+DSE组合对青枯菌繁殖的影响

平板培养计数结果表明,接种AMF、DSE对生姜根际的青枯菌数量产生明显影响。AMF+R.S、DSE+R.S、AMF+DSE+R.S处理的青枯菌种群数量显著低于只接种青枯菌(R.S)的植株(图 4),AMF+DSE处理的根际青枯菌数量比对照低88.2%,表明接种AMF和DSE均能够抑制青枯菌在根际的定殖,其中以AMF+DSE组合处理抑制青枯菌定殖的效果最好。

图 4 生姜根际土壤中青枯菌的种群数量 Figure 4 Ralstonia solanacearum population in rhizosphere soil of ginger plants. 图中不同小写字母表示各处理差异显著(P < 0.05),下同 Different lowercase letters above the columns indicate significant differences at P < 0.05, the same below.
2.6 生姜抗病相关酶活性

图 59可以看出,接种病原菌的生姜叶片SOD、POD、CAT、PAL和PPO活性均不同程度地高于不接病原菌的处理。由图 10可以看出,病害显著增加生姜MDA浓度28.68% (P < 0.05)。

图 5 不同处理下生姜SOD活性 Figure 5 SOD activity of ginger under different treantments.

图 6 不同处理下生姜POD活性 Figure 6 POD activity of ginger under different treantments.

图 7 不同处理下生姜CAT活性 Figure 7 CAT activity of ginger under different treantments.

图 8 不同处理下生姜PAL活性 Figure 8 PAL activity of ginger under different treantments.

图 9 不同处理下生姜PPO活性 Figure 9 PPO activity of ginger under different treantments.

图 10 不同处理下生姜MDA浓度 Figure 10 MDA concenration of ginger under different treantments.

在不接种病原菌处理下,AMF、DSE和二者互作分别提高生姜SOD活性22.57%、11.89%和24.98% (图 5);提高POD活性17.28%、13.72%和35.43% (图 6);提高CAT活性21.54%、10.53%和22.43% (图 7);提高PAL活性8.57%、8.92%和18.26% (图 8);提高PPO活性4.14%、2.55%和5.74% (图 9);降低MDA浓度,降幅分别为23.41%、21.04%和23.73%。

在接种病原菌的处理下,AMF、DSE和二者互作分别提高生姜SOD活性10.87%、9.85%和15.76% (图 5);提高POD活性1.15%、17.47%和18.19% (图 6);提高CAT活性13.26%、3.64%和18.11% (图 7);提高PAL活性13.01%、12.56%和23.64% (图 8);提高PPO活性0.14%、0.67%和14.93% (图 9)。降低生姜MDA浓度的降幅分别为3.38%、9.31%和25.79% (图 10)。

2.7 AMF-DSE对生姜叶绿素含量、光合速率等的影响

表 5可以看出,接种病原菌条件下,AMF和DSE共同作用的植株其叶片的叶绿素含量、净光合速率、气孔导度和总含P量均显著高于对照,AMF和DSE单接种的叶绿素含量和总含P量无显著差异,净光合速率和气孔导度差异显著。

表 5 接种AMF和DSE对生姜叶绿素含量、光合速率等的影响 Table 5 Effects of AMF and DSE on chlorophyll content, photosynthetic rate of ginger
处理
Treatment
叶绿素含量
Chlorophyll content
(mg/m2)
净光合速率
Net photosynthetic rate
(μmol/(m2·s))
总含P量
Total P content
(mg/pot)
气孔导度
Stomatal conductivity
(μmol/(m2·s))
R.S 1 516±66.72c 4.85±1.23d 14.3±2.08c 0.031 4±1.38d
DSE+R.S 1 723±102.13b 5.93±1.63c 15.2±2.58bc 0.042 5±0.59c
AMF+R.S 1 738±59.65b 8.82±0.96b 16.8±1.22b 0.056 2±2.25b
AMF+DSE+R.S 2 026±93.42a 11.34±1.38a 20.5±0.82a 0.069 4±1.24a
同列数据中不同的小写字母表示差异显著(P < 0.05)
Data followed by different lowercase letters in the same column are significantly different at P < 0.05.
3 讨论与结论

前期我们在对广西壮族自治区百色生姜根际土壤丛枝菌根真菌资源调查时发现,设施栽培条件下,生姜在同一根段的不同皮层细胞中具有AMF和DSE结构的双重定殖[26]。本研究通过盆栽试验人工接种AMF和DSE,在显微镜下能够明显观察到生姜根内同时具有典型的AMF菌丝、孢子、泡囊、丛枝结构,以及DSE典型的有隔菌丝和微菌核结构,表明AMF和DSE能够共同生长并同时定殖于生姜根系,形成联合的潜在共生结构[27]。本研究比较了在温室可控条件下AMF和DSE的发育特点,证明了AMF (Glomus reticulatum)和DSE (Chaetomium globosum)组合菌剂能够通过相互促进对方的侵染与定殖促进生姜生长发育,并且能够抑制青枯菌的繁殖,降低姜瘟病的发病率。

本试验探究了AMF和DSE协同作用对生姜根部接种病原菌的植株生长、抗病能力、叶绿素含量、光合速率、P吸收、防御酶活性及MDA浓度的影响。结果表明接种病原菌后,AMF、DSE及二者共同作用均能在一定程度上促进生姜生长,促进P吸收和光合作用的进行,使防御酶活性增强,降低MDA浓度,减少发病率,其中以AMF+DSE组合处理的效果最为明显。这说明AMF和DSE协同作用能够提高植物对病害的抗性,这可能是AMF和DSE协同帮助植物更好地从土壤中吸收养分,同时协同抑制青枯菌繁殖的结果[23]。有研究表明,植物在受到病原菌侵染时,抗氧化酶活性在病原菌的诱导下活性迅速增强,以保护植物免受病原菌的损伤,维持本身正常的生理代谢[22]。本研究结果显示,AMF和DSE的存在均可增加SOD、POD、CAT和PPO活性,降低MDA浓度,而且二者同时存在时SOD、POD、CAT和PPO活性最高、MDA浓度最低。说明病原菌入侵时,AMF和DSE能诱导生姜植株叶片内防御酶SOD、POD、CAT、PPO和PAL的活性提高,增强植株的抗病性。在植物遭遇逆境时,两种微生物间存在协同作用。这表明AMF (Glomus reticulatum) + DSE (Chaetomium globosum)是适宜生姜生长的优良组合,可以相互协同作用抑制姜瘟病的发生,具备促生防病的双重作用。

本研究在温室条件下首次探究了接种AMF和DSE对姜瘟病影响的生理生化机制,在姜瘟病的生物防治研究中具有一定的参考价值。然而也存在一些不足,本试验只是在盆栽条件下获得了AMF+DSE的组合菌剂,也仅用了一种AMF (Glomus reticulatum)和一种DSE (Chaetomium globosum),虽然可以有效抑制姜瘟病的发生,具有一定的生防潜力,但是研究结果未在田间验证。温室条件与大田环境存在较大差异,有必要进一步在田间条件下开展试验加以验证和进一步筛选,并研发该二元生物药肥制剂。另外,本试验主要集中在生理生化水平,对于接种AMF和DSE是否引起生姜体内相关抗病基因的表达等一系列分子过程还未可知,下一步拟深入开展分子机制的研究,采用转录组技术分析AMF与DSE诱导的植物抗病防御差异表达基因,并利用实时荧光定量聚合酶链式反应(real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction, RT-qPCR)等生物技术对抗病基因进行功能验证,探讨AMF与DSE提高植物抗姜瘟病的分子机制,并结合转基因技术将抗病基因应用于实际生产中。

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